低温弱光下黄瓜Rubisco活化酶基因过量表达效应的研究

针对日光温室低温弱光逆境经常导致黄瓜光合受抑，生长滞缓、产量和品质降低等问题，以津优3号黄瓜为试材，克隆黄瓜Rubisco活化酶（RCA）基因，构建RCA基因的正义表达载体，用花粉管导入法导入黄瓜自交系，获得含RCA正义基因的转基因植株；分析低温弱光下转基因植株RCA基因在转录和翻译水平上的表达；测定低温弱光下对照和转基因植株的Rubisco、RCA活性，探讨黄瓜RCA与Rubisco的相互作用关系；分析转基因植株在低温弱光条件下的光合特性，阐明RCA对黄瓜光合功能的调控作用；系统分析转基因植株在日光温室条件下的生物学特性，全面评价RCA基因的过量表达效应，获得光合效率高，对低温弱光耐性强，综合性状优良的黄瓜新种质，该研究对缓解低温弱光逆境障碍和增强日光温室黄瓜的适应能力具有重要意义。

摘要：针对日光温室低温弱光逆境经常导致黄瓜光合受抑，生长滞缓、产量和品质降低等问题，以津优3号黄瓜为试材，克隆了黄瓜Rubisco活化酶（RCA）基因，命名为：CsRCA，成功构建了CsRCA正义表达载体pCAMBIA1301-CsRCA。将该载体导入黄瓜自交系‘08-1’， 分别用PCR、real-time PCR和Western杂交法进行分子检测，获得7株转基因植株，拷贝数均为2（非转基因植株的拷贝数为1），转化率约3.5%。表达分析结果表明，7株T0代转基因植株叶片的CsRCA mRNA表达量为野生型（WT）的1 ~ 1.98倍，在蛋白水平的表达信号显著强于WT。T1代转基因植株的叶片色素含量、光合速率（Pn）及可溶性糖和淀粉含量均显著高于WT，说明CsRCA过量表达能显著提高黄瓜叶片的Pn，增加干物质积累。RCA和Rubisco活性及其基因表达对低温（昼/夜8 ℃/5 ℃）弱光（100 μmol•m-2•s-1）的响应与Pn基本一致，说明低温弱光下RCA和Rubisco活性及其基因表达量下降是黄瓜Pn降低的重要原因。低温弱光下，转基因和野生型黄瓜幼苗CsRCA在转录和蛋白水平表达量均随着胁迫时间的延长而降低，但前者的降低幅度显著小于后者；与野生型植株相比，转基因植株的Pn、气孔导度（Gs）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）的降低幅度和胞间CO2浓度（Ci）、初始荧光（F0）的增加幅度较小，说明低温弱光下CsRCA过表达植株的光合机构受伤较轻，光合效率显著高于野生型植株。低温弱光下转基因黄瓜叶片的丙二醛（MDA）增加量显著小于野生型植株的，表明CsRCA过表达植株细胞膜受伤程度较轻，耐冷性明显增强。CsRCA过表达黄瓜的生长势强，初花期比WT提早1~4 d，雌花数/雄花数明显增加，综合性状优良。CsRCA过表达黄瓜新种质的获得为缓解低温弱光逆境障碍和增强日光温室黄瓜的适应能力具有重要意义。